响应曲面优化葡甘露聚糖超声法磷酸酯化改性研究（四）

由图11分析可知，曲面超声反应时间与反应温度的优化研究交互作用对取代度的影响不是特别显著，与模型回归方程结论中符合：图中b图是葡甘3D响应曲面，是露聚磷酸根据等高线生成的立体图，该响应曲面图的糖超顶部不够突出，说明时间与温度对DS影响的声法显著性较小。沿反应温度轴的酯化等高线密度变化比沿反应时间轴的变化大，表明反应温度对EKGM的改性DS影响显著高于反应时间，反应温度有助于DS的曲面增加，表现为曲线的优化研究坡度较陡，与表2的葡甘数据一致。

（2）验证实验

使用DesignExpert10.0.7软件合成分析试验，露聚磷酸选择出最优的糖超合成条件为：质量比为1:6.77、ph=2.57、声法反应时间为1.14h、酯化反应温度为54.42℃，根据实际情况，进行调整，质量比为1:6.77.pH=2.57、反应时间=1.14h、反应温度为54℃做三次平行实验，实测EKGM取代度为1.91%，与理论计算取代度为1.87%较接近。

3、KGM与EKGM的红外光谱

与KGM相比，EKGM结合了磷酸基团。实验所得EKGM的IR谱图与文献中KenjiMackaji所测红外谱图基本一致，证实了我们设计的酯化改性方法的合理性。在1750cm^-1～1600cm^-1附近有吸收明显的酯羰基-CH2-CO-0-伸缩振动峰，且峰更明显，说明达到了对KGM酯化改性的试验。960cm^-1左右是磷酸根的对称伸缩振动，1090、1040cm^-1左右是磷酸根的不对称伸缩振动，600cm^-1左右是磷酸根的面内弯曲振动。表明EKGM中存在少量磷酸基团进一步证实了Maekaji等所确认的KGM中存在少量磷酸基的实验结果。

4、扫描电镜比较

将EKGM与KGM做扫描电镜对比。

从图14和图15可知，EKGM可以达到比KGM更好的效果，EKGM的表面更加致密，并且表面更光滑，没有明显的棱角和大的沟壑，这是因为酯化后糖链之间的交联更强，致使整个颗粒结构更加的牢固，因而不易溶胀；而KGM的表面有棱角，凹凸不平，溶胀现象相对较为明显，从而验证了超声磷酸酯化方法的优越性。

5、稳定性和抗菌性实验结果

从表3可知，KGM放置108h后有轻微的酸臭味，表面长出少许菌落，且基本上失去黏性，而EKGM溶液呈现均-透明的状态，具有粘性。发生霉变的程度越低说明抗菌性能越好，EKGM在放置108h之后，溶液还是均一透明的，说明酯化后的抗菌能力增加了。从图16可知，KGM由于水溶液中葡甘露聚糖分子链的运动，会造成其粘度不稳定，随时间的延长，粘度下降较快，EKGM溶液随着时间延长，粘度变化不是很大，EKGM稳定性增加的原因如下，SHMP在超声条件下酯化后，亲水性较强的磷酸基团链接到KGM分子链上，与水分子的结合相比，被酯化的KGM结构更加的紧密，化学键的作用力更强，导致溶液体系也就变得更加的稳定。

三、结论

本实验使用SHMP作为改性剂对KGM进行了磷酸酯化的改性，通过使用超声辅助酯化改性获得了取代度相对高的EKGM，超声波改性反应时间短且更高效，使得酯化改性反应充分，显著地提高了产物的取代度，工艺过程得到简化，对酯化反应有积极的影响。在单因素实验的基础上，通过响应曲面法建立了超声辅助EKGM合成的二次多项数学模型。通过二次回归设计得到了EKGM的取代度与质量比、pH、反应时间、反应温度的回归模型，实验证明，该模型可以更好的预测EKGM的DS。该方法所到的函数表达式比正交设计实验更直观，相比正交设计实验而言它有各因素能在整个取值区域内组合的优点。经优化实验条件为质量比1：6.77、pH=2.57、反应时间t=1.14h、反应温度为54.42℃，在此条件下，做三次平行实验，EKGM取代度DS=1.91%，与理论计算取代度DS=1.87%接近。在这四个因素中，温度对EKGM取代度的影响是显著的。通过红外验证，KGM主链分子上引入磷酸酯基团，得到EKGM，扫描电镜显示EKGM结构更紧密；稳定性实验表明，与KGM相比，EKGM在稳定性，抗菌性方面均为最优，从而说明改性提高了KGM的稳定性。

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